JP2004040108A - Thin film transistor with ldd structure and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜トランジスタに関し、さらに詳しくは、そのLDD(Lightly Doped Drain)構造に関する。また、本発明は、そのような薄膜トランジスタのLDD構造を製造する方法に関する。 The present invention relates to a thin film transistor, and more particularly, to an LDD (Lightly Doped Drain) structure thereof. The invention also relates to a method for manufacturing such a thin film transistor LDD structure.
集積回路の開発進歩にともない、電子デバイスの小型化が進められている。薄膜トランジスタ(TFT)は、よく知られているように、TFT液晶ディスプレイ(TFT−LCD)の画素制御のための基本デバイスとして広く用いられている。小型化の結果、各TFTのソースとドレイン間のチャネルが、さらに狭くなっていく。そこで、ショートチャネル現象が発生し易くなる。このようなショートチャネル現象は、ゲート電圧がゼロの場合であっても、意図しないTFTのオン状態を発生させるおそれがある。従って、トランジスタのスイッチ機能が損なわれてしまう。また、チャネルにおける電界強度は、チャネルが狭いため増加する。そこで、ドレイン近傍におけるホットエレクトロンは、半導体のエネルギギャップと比べてより高いエネルギを有することになる。価電子帯の電子は、ホットエレクトロンに衝突されて伝導帯に押し上げられ、このことによって、多くの電子−ホール対が生成される。このような現象は、ホットエレクトロン効果と呼ばれている。 電子 With the development of integrated circuits, electronic devices are being miniaturized. As is well known, a thin film transistor (TFT) is widely used as a basic device for controlling pixels of a TFT liquid crystal display (TFT-LCD). As a result of the miniaturization, the channel between the source and the drain of each TFT is further narrowed. Therefore, the short channel phenomenon easily occurs. Such a short channel phenomenon may cause an unintended ON state of the TFT even when the gate voltage is zero. Therefore, the switching function of the transistor is impaired. The electric field strength in the channel increases because the channel is narrow. Therefore, the hot electrons near the drain have higher energy than the energy gap of the semiconductor. The electrons in the valence band are bombarded by hot electrons and are pushed up into the conduction band, thereby generating many electron-hole pairs. Such a phenomenon is called a hot electron effect.
TFT−LCDにおいて、TFTは主にガラス基板上に形成される。ガラス基板は、一般的に熱に弱く、LCDガラス板の上にTFTを形成するプロセスは、低温工程によらなければならない。ホットッレクトロン効果を最小とするために、LDD(Lightly Doped Drain)構造を有する低温ポリシリコン薄膜トランジスタ(LTPS−TFT)が開発された。このようなLTPS−TFTの中でも、ゲートとドレインがオーバラップしたLDD(gate-drain overlapped LDD; GO−LDD)構造が広く用いられている。 TFT In a TFT-LCD, a TFT is mainly formed on a glass substrate. Glass substrates are generally sensitive to heat, and the process of forming TFTs on LCD glass plates must rely on low temperature steps. To minimize the hot-lectron effect, a low-temperature polysilicon thin film transistor (LTPS-TFT) having an LDD (Lightly Doped Drain) structure has been developed. Among such LTPS-TFTs, a gate-drain overlapped LDD (GO-LDD) structure in which a gate and a drain overlap is widely used.
N型LTPS−TFTの製造工程が、図1(a)〜1(g)に示されている。図1(a)において、シリコン酸化膜緩衝層11と真性アモルファスシリコン(intrinsic amorphous silicon;i−a−Si)層が、連続してガラス基板10の上に形成される。そして、i−a−Si層が、レーザアニーリングによって真性ポリシリコン(intrinsic polysilicon;i−poly−Si)層12に変えられる。そして、マイクロフォトリソグラフィとエッチング処理によって、i−poly−Si層12が部分的にエッチングされて、図1(b)に示すように、所望のポリシリコン構造120が形成される。図1(c)に示すように、ポリシリコン構造120の上にフォトレジストが形成され、マスク13が形成される。そして、イオン注入工程においてイオン注入が行われて、マスク13に覆われていないポリシリコン構造12の部分に2つのN型領域121,122が形成される。2つのN型領域121,122は、NチャネルTFTのソース/ドレインとなる。フォトレジスト13除去の後、図1(d)に示すように、例えば二酸化膜シリコンによるゲート絶縁層14が、図1(c)に示す構造の上に形成される。
FIGS. 1 (a) to 1 (g) show a manufacturing process of an N-type LTPS-TFT. In FIG. 1A, a silicon oxide
図1(e)に示すように、図1(d)に示す構造の上にゲート用導電層をスパッタリング成膜し、パターニングを行って、ゲート絶縁層14の上にゲート電極15が形成される。そして、ポリシリコン構造120に微量のN型ドーパントを供給するためのマスクとしてゲート電極15を用いて、低濃度イオン注入を行い、2つのLDD領域123,124が、それぞれソース/ドレイン領域121,122に近接して形成される。図1(f)に示すように、層間の誘電体層17が、図1(e)に示す構造の上に形成される。そして、必要な個数のコンタクトホール18がゲート電極とソース/ドレイン領域に向けて形成される。そして、図1(g)に示すように、図1(f)に示す構造の上に導電体層がスパッタリング成膜され、コンタクトホールが埋められ、ゲート配線190とソース/ドレイン配線191がパターニングされて形成される。
As shown in FIG. 1E, a gate conductive layer is formed by sputtering on the structure shown in FIG. 1D and patterned to form a
ゲートとドレインがオーバラップしたLDD(GO−LDD)構造は、ドレイン領域の近傍で電界強度を下げることになり、ホットエレクトロンの効果の影響をわずかに下げることになる。 (4) In the LDD (GO-LDD) structure in which the gate and the drain overlap, the electric field intensity is reduced in the vicinity of the drain region, and the effect of the hot electron effect is slightly reduced.
しかしながら、高分解能ディスプレイの要求の増加によって、回路は、従来以上にさらに複雑になっている。すなわち、電子デバイスの数は、個々の電子デバイスの占める空間を減らさなければならないほど増加している。従って、トランジスタのチャネルはさらに狭くなっていく。また、LDD領域はチャネルをさらに短くしており、ソース/ドレイン領域近傍の欠乏層領域は接近して、互いに接触しそうなほどである。そのため、上述した図1に示されるようなLDD構造を有する薄膜トランジスタにおいては、電子デバイスを劣化させる電流リークとパンチスルーの問題が発生する可能性がある。上記の現象は小型化への開発にとって重要な問題である。 However, with the increasing demand for high resolution displays, circuits have become more complex than ever. That is, the number of electronic devices is increasing so that the space occupied by individual electronic devices must be reduced. Therefore, the channel of the transistor becomes narrower. Further, the LDD region has a shorter channel, and the depletion layer regions near the source / drain regions are close to each other and almost in contact with each other. Therefore, in the thin film transistor having the LDD structure as shown in FIG. 1 described above, there is a possibility that a problem of a current leak and a punch-through that deteriorates an electronic device may occur. The above phenomena are important issues for miniaturization development.
本発明は、上記課題を解消するものであって、ホットエレクトロン、電流リーク、及びパンチスルーを低減させた薄膜トランジスタを提供することを目的とする。また、ホットエレクトロン、電流リーク、及びパンチスルーを低減させるLDD構造を有する薄膜トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a thin film transistor in which hot electrons, current leak, and punch-through are reduced. Another object is to provide a method for manufacturing a thin film transistor having an LDD structure that reduces hot electrons, current leakage, and punch-through.
上記課題を達成するために、本発明は、薄膜トランジスタであって、半導体物質で形成された半導体層と、ソース/ドレイン構造と、LDD構造と、ゲート構造と、絶縁層とを備えている。半導体層は、多結晶シリコンのような半導体物質によって、ガラス基板上に形成されている。ソース構造とドレイン構造が互いに離れて半導体層の中にソース/ドレイン構造として形成されている。単一LDD構造は、ソース/ドレイン構造の間に配置され、ソース/ドレイン構造の第1の構造に隣接した第1の側面と、ソース/ドレイン構造の第2の構造に対して本質的に半導体物質で隔てられた第2の側面とを有している。絶縁層は、半導体層とゲート構造の間に配置され、ゲート構造をソース/ドレイン構造とLDD構造から絶縁している。 In order to achieve the above object, the present invention is a thin film transistor, which includes a semiconductor layer formed of a semiconductor material, a source / drain structure, an LDD structure, a gate structure, and an insulating layer. The semiconductor layer is formed on a glass substrate using a semiconductor material such as polycrystalline silicon. A source structure and a drain structure are formed as a source / drain structure in a semiconductor layer apart from each other. The single LDD structure is disposed between the source / drain structure and is substantially semiconductor with respect to a first side adjacent to the first structure of the source / drain structure and to a second structure of the source / drain structure. A second side separated by a substance. The insulating layer is disposed between the semiconductor layer and the gate structure, and insulates the gate structure from the source / drain structure and the LDD structure.
本発明の一実施形態において、単一LDD構造は、ゲートとドレインが重なりを有するLDD(GO−LDD)である。ソース/ドレイン構造の第1の構造がドレイン構造であり、ソース/ドレイン構造の第2の構造がソース構造である。 In one embodiment of the present invention, the single LDD structure is an LDD (GO-LDD) having a gate and a drain overlapping. The first structure of the source / drain structure is a drain structure, and the second structure of the source / drain structure is a source structure.
本発明の他の一実施形態において、薄膜トランジスタがN型であり、前記LDD構造がPイオン、Asイオン、PHxイオン、AsHxイオン、及びこれらの組合せの中から選択されたドーピング物質を含んでいる。 In another embodiment of the present invention, the thin film transistor is N-type, and the LDD structure includes a doping material selected from P ions, As ions, PH x ions, AsH x ions, and combinations thereof. I have.
また、本発明は、薄膜トランジスタであって、半導体層と、ソース構造とドレイン構造とからなるソース/ドレイン構造と、第1のLDD構造と、第2のLDD構造と、ゲート構造と、絶縁層とを備えている。半導体層は、半導体物質で形成されている。ソース/ドレイン構造の各構造は、互いに離れて半導体層に形成されている。第1のLDD構造は、ソース/ドレイン構造の間に配置され、そのソース/ドレイン構造の第1の構造に隣接した第1の側面と、その第1の側面の反対側に第2の側面を有している。第2のLDD構造は、第1のLDD構造の第2の側面に隣接した第3の側面と、ソース/ドレイン構造の第2の構造に対して本質的に前記半導体物質で隔てられた第4の側面とを有している。ゲート構造は、半導体層の上方に形成されている。絶縁層は、半導体層とゲート構造の間に配置され、ゲート構造をソース/ドレイン構造及びLDD構造から絶縁している。 Further, the present invention is a thin film transistor, including a semiconductor layer, a source / drain structure including a source structure and a drain structure, a first LDD structure, a second LDD structure, a gate structure, and an insulating layer. It has. The semiconductor layer is formed of a semiconductor material. Each structure of the source / drain structure is formed in the semiconductor layer apart from each other. The first LDD structure is disposed between the source / drain structures and has a first side adjacent to the first structure of the source / drain structure and a second side opposite the first side. Have. The second LDD structure includes a third side adjacent to the second side of the first LDD structure and a fourth side separated by the semiconductor material with respect to the second structure of the source / drain structure. Side. The gate structure is formed above the semiconductor layer. The insulating layer is disposed between the semiconductor layer and the gate structure, and insulates the gate structure from the source / drain structure and the LDD structure.
本発明の一実施形態において、第1及び第2の各LDD構造は、ゲートとドレインが重なりを有するLDD(GO−LDD)である。また、薄膜トランジスタはN型であり、第1のLDD構造はPイオン、Asイオン、PHxイオン、AsHxイオン、及びこれらの組合せの中から選択されたドーピング物質を含んでおり、第2のLDD構造はBイオン、BHxイオン、B2Hxイオン、及びこれらの組合せの中から選択されたドーピング物質を含んでいる。 In one embodiment of the present invention, each of the first and second LDD structures is an LDD (GO-LDD) having a gate and a drain overlapping. In addition, the thin film transistor is N-type, the first LDD structure includes a doping material selected from P ions, As ions, PH x ions, AsH x ions, and a combination thereof, and the second LDD structure includes The structure includes a doping material selected from B ions, BH x ions, B 2 H x ions, and combinations thereof.
本発明の他の一実施形態において、薄膜トランジスタは、第3のLDD構造と第4のLDD構造とをさらに備えている。第3のLDD構造は、ソース/ドレイン構造の間に配置され、そのソース/ドレイン構造の第2の構造に隣接した第5の側面と、その第5の側面の反対側に第6の側面を有している。第4のLDD構造は、第3のLDD構造の第6の側面に隣接した第7の側面と、第2のLDD構造に対して本質的に前記半導体物質で隔てられた第8の側面とを有している。第3のLDD構造はPイオン、Asイオン、PHxイオン、AsHxイオン、及びこれらの組合せの中から選択されたドーピング物質を含んでおり、第4のLDD構造はBイオン、BHxイオン、B2Hxイオン、及びこれらの組合せの中から選択されたドーピング物質を含んでいる。 In another embodiment of the present invention, the thin film transistor further includes a third LDD structure and a fourth LDD structure. The third LDD structure is disposed between the source / drain structure and has a fifth side adjacent to the second structure of the source / drain structure and a sixth side opposite the fifth side. Have. The fourth LDD structure includes a seventh side adjacent to the sixth side of the third LDD structure and an eighth side essentially separated by the semiconductor material with respect to the second LDD structure. Have. The third LDD structure includes a doping material selected from P ions, As ions, PH x ions, AsH x ions, and combinations thereof, and the fourth LDD structure includes B ions, BH x ions, B 2 H x ions, and contains a doping material selected from among these combinations.
本発明の他の一実施形態において、少なくとも第1及び第3のLDD構造の一部が、第2及び第4のLDD構造及びソース/ドレイン構造によって覆われていない。 In another embodiment of the present invention, at least a part of the first and third LDD structures is not covered by the second and fourth LDD structures and the source / drain structure.
本発明の他の一実施形態において、第1のLDD構造が前記第2のLDD構造及びソース/ドレイン構造の第1の構造によって囲まれており、第3のLDD構造が第4のLDD構造及びソース/ドレイン構造の第2の構造によって囲まれている。 In another embodiment of the present invention, a first LDD structure is surrounded by a first of the second LDD structure and a source / drain structure, and a third LDD structure is a fourth LDD structure. It is surrounded by the second structure of the source / drain structure.
また、本発明は、薄膜トランジスタの製造方法であって、以下の工程を備えている。ゲート絶縁層が半導体層の上に形成され、ゲート構造がゲート絶縁層の上に形成される。次に、ソース/ドレイン構造がチャネル領域で互いに隔てられて半導体層に形成される。次に、第1のLDD構造を形成するために、第1のドーピング物質が、チャネル領域の第1の端部に半導体層の表面から第1の角度の第1の方向で注入される。また、第1のLDD構造に接触している第2のLDD構造を形成するために、第2のドーピング物質が、チャネル領域の前記第1の端部に半導体層の表面から第2の角度の第2の方向で注入される。 The present invention is also a method of manufacturing a thin film transistor, and includes the following steps. A gate insulating layer is formed over the semiconductor layer, and a gate structure is formed over the gate insulating layer. Next, source / drain structures are formed in the semiconductor layer separated from each other by a channel region. Next, a first doping material is implanted into the first end of the channel region at a first angle at a first angle from the surface of the semiconductor layer to form a first LDD structure. Also, a second doping material is applied to the first end of the channel region at a second angle from the surface of the semiconductor layer to form a second LDD structure in contact with the first LDD structure. Injected in a second direction.
本発明の一実施形態において、第1のドーピング物質は、Pイオン、Asイオン、PHxイオン、AsHxイオン、及びこれらの組合せの中から選択され、第2のドーピング物質は、Bイオン、BHxイオン、B2Hxイオン、及びこれらの組合せの中から選択される。 In one embodiment of the present invention, the first doping material is selected from P ions, As ions, PH x ions, AsH x ions, and combinations thereof, and the second doping material is B ions, BH ions. x ions, B 2 H x ions, and combinations thereof.
本発明の他の一実施形態において、第1のドーピング物質を注入する工程が、ゲート構造をマスクとして用いてチャネルに対して行われ、また、第3のLDD構造が、第1のLDD構造が形成される時、チャネル領域における第1の端部の反対側の第2の端部に同時に形成される。 In another embodiment of the present invention, the step of injecting the first doping material is performed on the channel using the gate structure as a mask, and the third LDD structure is the first LDD structure. When formed, they are formed simultaneously at a second end of the channel region opposite the first end.
本発明の他の一実施形態において、薄膜トランジスタの製造方法は、第3のLDD構造に接触している第4のLDD構造を形成するために、半導体層の表面から第3の角度の第3の方向でチャネル領域の第2の端部に第3のドーピング物質を注入する工程をさらに備えている。 In another embodiment of the present invention, a method of fabricating a thin film transistor includes forming a third LDD structure in contact with a third LDD structure to form a third LDD structure at a third angle from a surface of the semiconductor layer. Implanting a third doping material into the second end of the channel region in the direction.
好ましくは、第1の角度は実質的に90゜であり、第2、及び第3の各角度は0゜より大きく30゜より小さい。 {Preferably, the first angle is substantially 90 °, and each of the second and third angles is greater than 0 ° and less than 30 °.
好ましくは、第3のドーピング物質は、第2のドーピング物質と同じものである。 Preferably, the third doping substance is the same as the second doping substance.
本発明の他の一実施形態において、ゲート構造は、ゲート電極とその電極のそばのスペーサ構造を含み、第1のドーピング物質を注入する工程は、前記スペーサ構造が除去されてから行われる。 In another embodiment of the present invention, the gate structure includes a gate electrode and a spacer structure near the electrode, and the step of injecting the first doping material is performed after the spacer structure is removed.
以下、本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタのLDD構造とその製造方法について、図面を参照して説明する。本発明は、ソース/ドレイン領域の近傍における欠乏層領域の接触可能性を防止する目的で、ソース/ドレイン欠乏層領域が、従来例と異なり互いに接近しないような単一LDD構造を有するTFTを提供する。このようなTFTの2つの例とその製造工程を、図2(a)〜2(f)、図図3(a)〜3(f)に示す。 Hereinafter, an LDD structure of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described with reference to the drawings. The present invention provides a TFT having a single LDD structure in which the source / drain depletion layer regions do not approach each other unlike the conventional example in order to prevent the possibility of contact between the depletion layer regions near the source / drain regions. I do. FIGS. 2 (a) to 2 (f) and FIGS. 3 (a) to 3 (f) show two examples of such a TFT and the manufacturing process thereof.
図2(a)に示すように、バッファ(緩衝)層21がガラス基板20の上に形成される。続いて、真性アモルファスシリコン(i−a−Si)層がバッファ層21の上に形成され、i−a−Si層がレーザアニーリングによって真性ポリシリコン(i−poly−Si)層22に変換される。フォトレジスト層がポリシリコン層22の上に形成され、図2(b)に示すように、マイクロフォトリソグラフィとエッチングの工程によってマスク23が形成される。また、図2(b)に示すように、このマスク23から露出したポリシリコン層22の部位に、N型のイオン注入を行う工程によって、2つのN型領域221,222が形成される。2つのN型領域221,222は互いにチャネル領域223によって隔てられている。次に、図2(c)に示すように、フォトレジストマスク23が除去される。
(2) As shown in FIG. 2A, a buffer (buffer)
図2(d)に示すように、図2(c)に示す構造の上にゲート絶縁層25が形成される。図2(e)に示すように、チャネル223よりもわずかに幅の狭いゲート電極26が、チャネル領域223の端部がゲート電極26によって覆われずに露出するように、ゲート絶縁層25の上にパターニングとエッチングの工程によって形成される。そして、ゲート電極26をマスクとして、低濃度イオン注入が行われ、マスクから露出したポリシリコン層22の部位に低濃度のN型ドーパントが供給されて、単一LDD構造224がポリシリコン層22に形成される。図2(f)に示すように、N型領域221,222は、結果的に高濃度に不純物注入がなされ、ソース/ドレイン領域2211,2221が形成される。その後、層関誘電体層、コンタクトホール、ゲートとソース/ドレインの配線、及びその他の必要な構造が図2(f)に示す構造の上に形成され、TFTが完成される。
(2) As shown in FIG. 2 (d), a
単一LDD構造を有するTFTの製造工程の他の例を説明する。まず、図3(a)に示すように、バッファ層31がガラス基板30の上に形成される。続いて、真性アモルファスシリコン(i−a−Si)層がバッファ層31の上に形成され、i−a−Si層がレーザアニーリングによって真性ポリシリコン(i−poly−Si)層32に変換される。図3(b)に示すように、ゲート絶縁層33がポリシリコン層32の上に形成され、そのゲート絶縁層33の上にゲート構造34がパターニングされる。さらに、図3(c)に示すように、誘電体層が図3(b)に示す構造の上に形成され、スペーサ又は側壁35がゲート構造34の横にマイクロフォトリソグラフィとエッチングの工程によって形成される。ゲート電極34とその横のスペーサ/側壁35は、その後のN型イオン注入工程におけるドーピングのマスクとして用いられる。
Another example of the manufacturing process of the TFT having the single LDD structure will be described. First, as shown in FIG. 3A, a
図3(d)に示すように、マスクから露出したポリシリコン層32の部位に、2つのN型領域321,322が形成される。2つのN型領域321,322はチャネル領域323によって互いに隔てられている。図3(e)に示すように、N型領域322に隣接する部位のスペーサ35が取り除かれ、チャネル領域323の端部が露出される。図3(f)に示すように、ゲート電極34と残っているスペーサ35をマスクとして、低濃度イオン注入が行われ、マスクから露出したポリシリコン層32の部位に低濃度のN型ドーパントが供給されて、単一LDD構造324がポリシリコン層32に形成される。N型領域は同時に高濃度に不純物注入がなされ、ソース/ドレイン領域3211,3221が形成される。その後、前述の実施形態と同様の必要な工程が行われる。
よ う As shown in FIG. 3D, two N-
上述したそれぞれのTFTは単一LDD構造を有するので、ソース/ドレインの近傍の欠乏層領域間の距離は、2つのLDD構造を有するものと比べて、幾分増加している。そこで、従来例におけるホットエレクトロン、電流リーク、及びパンチスルーの影響がかなり低減される。上述の製造工程は、特に、ドライバ回路、及びその他の応用回路において好適である。 (4) Since each of the above-described TFTs has a single LDD structure, the distance between the depletion layer regions near the source / drain is somewhat increased as compared with that having two LDD structures. Thus, the effects of hot electrons, current leakage, and punch-through in the conventional example are significantly reduced. The above manufacturing process is particularly suitable for driver circuits and other application circuits.
画素ユニットに関して、TFTの動作モードに対応するために、本発明はLDD構造のそばにP型領域を追加して問題解決を図る。このようなTFTを製造する工程が、図4(a)〜4(h)、図5(a)〜5(h)に示されている。 Regarding the pixel unit, in order to support the operation mode of the TFT, the present invention solves the problem by adding a P-type region near the LDD structure. The steps of manufacturing such a TFT are shown in FIGS. 4 (a) to 4 (h) and FIGS. 5 (a) to 5 (h).
図4(a)に示すように、バッファ層41がガラス基板40の上に形成される。続いて、真性アモルファスシリコン(i−a−Si)層がバッファ層41の上に形成され、i−a−Si層がレーザアニーリングによって真性ポリシリコン(i−poly−Si)層42に変換される。図4(b)に示すように、フォトレジスト層がポリシリコン層42の上に形成され、マイクロフォトリソグラフィとエッチングの工程によってマスク43が形成される。このマスク43から露出したポリシリコン層42の部位に、N型のイオン注入を行う工程によって、図4(c)に示すように、2つのN型領域421,422が形成される。2つのN型領域421,422は互いにチャネル領域423によって隔てられている。その後、フォトレジストマスク43が除去される。
4) As shown in FIG. 4A, the
図4(d)に示すように、図4(c)に示す構造の上に、例えば二酸化シリコンによって、ゲート絶縁層45が形成される。図4(e)に示すように、チャネル423よりもわずかに幅の狭いゲート電極46が、チャネル領域423の両端部がゲート電極46によって覆われずに露出するように、ゲート絶縁層45の上にパターニングとエッチングの工程によって形成される。そして、ゲート電極46をマスクとして、低濃度イオン注入が行われ、マスクから露出したポリシリコン層42の部位に低濃度のN型ドーパントが供給されて、図4(f)に示すように、2つのLDD構造425,426がポリシリコン層42に形成される。N型領域421,422は、結果的に高濃度に不純物注入がなされ、ソース/ドレイン領域4211,4221が形成される。
4) As shown in FIG. 4D, a
さらに、ゲート電極46をマスクとして、P型ドーピング物質をポリシリコン層42に注入する2回のイオン注入工程が行われる。一回目は、図4(g)に示すように、ポリシリコン層42の表面420から第1の角度だけ傾いた方向Aから行われ、2回目は、図4(h)に示すように、ポリシリコン層42の表面420から第2の角度だけ傾いた方向Bから行われる。左右に傾いた第1及び第2の角度の大きさは、例えば、同じ角度とすることができ、0゜から30゜の間の値をとることができる。このようにして、P型LDD領域427、428が2つのLDD構造425,426の直近に隣接して形成される。その後、前述の実施形態と同様に必要な工程が行われる。傾けたイオン注入により、ドーパントの濃度分布が漸近的に変化するので、チャネル領域とソース/ドレイン領域を結びつける欠乏層領域の幅が減少して電流リーク及びパンチスルーが低減するようになっている。
{Circle around (2)} Using the
次に、TFTのさらに製造工程の他の例を説明する。このTFTは二重層LDD構造を有する。図5(a)に示すように、バッファ層51がガラス基板50の上に形成される。続いて、真性アモルファスシリコン(i−a−Si)層がバッファ層51の上に形成され、i−a−Si層がレーザアニーリングによって真性ポリシリコン(i−poly−Si)層52に変換される。図5(b)に示すように、ゲート絶縁層53がポリシリコン層52の上に形成され、そのゲート絶縁層53の上にゲート電極54がパターニングされる。さらに、図5(c)に示すように、誘電体層が図5(b)に示す構造の上に形成され、その誘電体層からマイクロフォトリソグラフィとエッチングの工程によってパターン形成してゲート電極54の横にスペーサ又は側壁55が形成される。ゲート電極54とその横のスペーサ/側壁55は、図5(c)に示すように、N型イオン注入工程におけるドーピングのマスクとして用いられる。
Next, another example of the manufacturing process of the TFT will be described. This TFT has a double layer LDD structure. As shown in FIG. 5A, a
図5(d)に示すように、マスクから露出したポリシリコン層52の部位に、2つのN型領域521,522が形成される。2つのN型領域521,522はチャネル領域523によって互いに隔てられている。次に、図5(e)に示すように、N型領域322に隣接する部位のスペーサ/側壁35が完全に取り除かれ、チャネル領域523の両方の端部が露出される。ゲート電極54をマスクとして、低濃度イオン注入が行われ、マスクから露出したポリシリコン層52の部位に低濃度のN型ドーパントが供給されて、図5(f)に示すように、2つのLDD構造525,526がポリシリコン層52に形成される。
(5) As shown in FIG. 5 (d), two N-
さらに、ゲート電極54をマスクとして、P型ドーピング物質をポリシリコン層52に注入する2回のイオン注入工程が行われる。一回目は、図5(g)に示すように、ポリシリコン層52の表面520から第1の角度だけ傾いた方向Aから行われ、2回目は、図5(h)に示すように、ポリシリコン層52の表面520から第2の角度だけ傾いた方向Bから行われる。左右に傾いた第1及び第2の角度の大きさは、例えば、同じ角度とすることができ、0゜から30゜の間の値をとることができる。このようにして、P型LDD領域527、528が2つのLDD構造525,526の直近に隣接して形成される。この実施形態においては、P型領域525,526がLDD構造525,526を取り囲んでいる。その後、前述の実施形態と同様の引き続きの工程が、誘電体層、ゲート及びソース/ドレインの配線などを形成するために行われる。
{Circle around (2)} Using the
上述のイオン注入工程は、例えば、イオンシャワ工程に替えても良い。上述した実施形態において、ゲート導電体は、クロムCr、タングステンW、モリブデンMo、タンタルTa、アアルミニウムAl、又は銅Cuのスパッタ成膜によって形成され、その厚みは約100nmである。バッファ層は、一般に約600nmの厚みを有し、窒化シリコン、二酸化シリコン、又はこれらの組合せであり、プラズマを用いた化学蒸着(PECVD)で形成される。層間誘電体層は一般に、約600nmの厚みを有し、二酸化シリコンであり、プラズマを用いた化学蒸着(PECVD)で形成される。ゲート絶縁層は、一般に、約100nmの厚みを有し、二酸化シリコンであり、プラズマを用いた化学蒸着(PECVD)で形成される。 The above-described ion implantation step may be replaced with, for example, an ion shower step. In the above-described embodiment, the gate conductor is formed by sputtering of chromium Cr, tungsten W, molybdenum Mo, tantalum Ta, aluminum aluminum, or copper Cu, and has a thickness of about 100 nm. The buffer layer typically has a thickness of about 600 nm, is silicon nitride, silicon dioxide, or a combination thereof, and is formed by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The interlayer dielectric layer typically has a thickness of about 600 nm, is silicon dioxide, and is formed by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The gate insulating layer typically has a thickness of about 100 nm, is silicon dioxide, and is formed by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD).
上述した実施形態において、約100nmの厚みのアモルファスシリコン層が、レーザアニーリング/結晶化工程によってポリシリコン層を形成するために用いられている。好ましくは、レーザアニーリング/結晶化工程の前に、アモルファスシリコン層は、高温炉において400゜、30分の脱水素処理を行うのがよい。レーザアニーリング/結晶化工程において、レーザアニーリング/結晶化工程を行うためのエネルギは、350mJ/cm2で少なくとも100ショット行うように選ばれる。 In the embodiment described above, an amorphous silicon layer having a thickness of about 100 nm is used for forming a polysilicon layer by a laser annealing / crystallization process. Preferably, before the laser annealing / crystallization step, the amorphous silicon layer is subjected to a dehydrogenation treatment at 400 ° C. for 30 minutes in a high-temperature furnace. In the laser annealing / crystallization step, the energy for performing the laser annealing / crystallization step is selected to perform at least 100 shots at 350 mJ / cm 2 .
さらに、上述のイオン注入工程においてドーパントの濃度は、N型ドーパントについては1×1014〜2×1015cm−2であり、P型ドーパントについては約1×1012である。P型ドーパントは、Bイオン、BHxイオン、B2Hxイオン、及びこれらの組合せの中から選択できる。また、N型ドーパントは、Pイオン、Asイオン、PHxイオン、AsHxイオン、及びこれらの組合せの中から選択できる。コンタクトホールは、反応性エッチッグ工程によって形成される。 Further, in the above-described ion implantation process, the concentration of the dopant is 1 × 10 14 to 2 × 10 15 cm −2 for the N-type dopant and about 1 × 10 12 for the P-type dopant. The P-type dopant can be selected from B ions, BH x ions, B 2 H x ions, and combinations thereof. Further, N-type dopant, P ions, As ions, PH x ions, AsH x ions, and can be selected from among these combinations. The contact hole is formed by a reactive etching process.
現状において、最も実際的で好ましい実施形態によって本発明が説明されているが、本発明は、上記に開示した実施形態に限定されるものではない。種々の変形、及び同様の構成が、そのような変形と同様の構造の全てを含むように広く解釈される。 At present, the present invention has been described by the most practical and preferred embodiments, but the present invention is not limited to the embodiments disclosed above. Various modifications and similar arrangements are to be interpreted broadly to include all such and similar structures.
22,32,42,52 半導体層
25,33,45,53 絶縁層
26,34,46 ゲート構造
35,55 スペーサ構造
221,222,321,322,421,422,521,522 ソース/ドレイン構造
223,323,423,523 チャンネル領域
224,324 単一LDD構造
425,426,427,428,525,526,527,528 LDD構造
22, 32, 42, 52
Claims (14)
半導体物質で形成された半導体層と、
前記半導体層において互いに離れて形成されたソース構造及びドレイン構造からなるソース/ドレイン構造と、
前記ソース/ドレイン構造の間に配置され、そのソース/ドレイン構造の第1の構造に隣接した側面と、そのソース/ドレイン構造の第2の構造に対して本質的に前記半導体物質で隔てられた側面とを有する単一LDD構造と、
前記半導体層の上方に形成されたゲート構造と、
前記半導体層とゲート構造の間に配置されゲート構造を前記ソース/ドレイン構造及びLDD構造から絶縁する絶縁層と、を備えていることを特徴とする薄膜トランジスタ。 A thin film transistor,
A semiconductor layer formed of a semiconductor material;
A source / drain structure including a source structure and a drain structure formed apart from each other in the semiconductor layer;
A source / drain structure disposed between and adjacent to a first side of the source / drain structure adjacent the first structure and essentially separated by the semiconductor material from a second side of the source / drain structure; A single LDD structure having side surfaces;
A gate structure formed above the semiconductor layer;
An insulating layer disposed between the semiconductor layer and the gate structure to insulate the gate structure from the source / drain structure and the LDD structure.
半導体物質で形成された半導体層と、
前記半導体層において互いに離れて形成されたソース構造及びドレイン構造からなるソース/ドレイン構造と、
前記ソース/ドレイン構造の間に配置され、そのソース/ドレイン構造の第1の構造に隣接した第1の側面と、その第1の側面の反対側に第2の側面を有する第1のLDD構造と、
前記第1のLDD構造の前記第2の側面に隣接した第3の側面と、前記ソース/ドレイン構造の第2の構造に対して本質的に前記半導体物質で隔てられた第4の側面とを有する第2のLDD構造と、
前記半導体層の上方に形成されたゲート構造と、
前記半導体層とゲート構造の間に配置されゲート構造を前記ソース/ドレイン構造及びLDD構造から絶縁する絶縁層と、を備えていることを特徴とする薄膜トランジスタ。 A thin film transistor,
A semiconductor layer formed of a semiconductor material;
A source / drain structure including a source structure and a drain structure formed apart from each other in the semiconductor layer;
A first LDD structure disposed between the source / drain structures and having a first side surface adjacent to the first structure of the source / drain structure and a second side surface opposite the first side surface; When,
A third side of the first LDD structure adjacent to the second side and a fourth side of the source / drain structure substantially separated from the second material by the semiconductor material. A second LDD structure having:
A gate structure formed above the semiconductor layer;
An insulating layer disposed between the semiconductor layer and the gate structure to insulate the gate structure from the source / drain structure and the LDD structure.
前記第3のLDD構造の前記第6の側面に隣接した第7の側面と、前記ソース/ドレイン構造の第2の構造に対して本質的に前記半導体物質で隔てられた第8の側面とを有する第4のLDD構造と、をさらに備えた請求項5に記載の薄膜トランジスタ。 A third LDD structure disposed between the source / drain structure and having a fifth side adjacent to a second structure of the source / drain structure and a sixth side opposite the fifth side; When,
A seventh side adjacent to the sixth side of the third LDD structure and an eighth side essentially separated by the semiconductor material relative to the second structure of the source / drain structure. The thin film transistor according to claim 5, further comprising: a fourth LDD structure.
半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の上にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層の上にゲート構造を形成する工程と、
前記半導体層にチャネル領域で互いに隔てられたソース/ドレイン構造を形成する工程と、
第1のLDD構造を形成するために、前記半導体層の表面から第1の角度の第1の方向で前記チャネル領域の第1の端部に第1のドーピング物質を注入する工程と、
前記第1のLDD構造に接触している第2のLDD構造を形成するために、前記半導体層の前記表面から第2の角度の第2の方向で前記チャネル領域の前記第1の端部に第2のドーピング物質を注入する工程と、を備えていることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 A method for manufacturing a thin film transistor,
Forming a semiconductor layer;
Forming a gate insulating layer on the semiconductor layer;
Forming a gate structure on the gate insulating layer;
Forming source / drain structures separated from each other by a channel region in the semiconductor layer;
Implanting a first doping material in a first direction at a first angle from a surface of the semiconductor layer to a first end of the channel region to form a first LDD structure;
Forming a second LDD structure in contact with the first LDD structure on the first end of the channel region in a second direction at a second angle from the surface of the semiconductor layer; And a step of injecting a second doping material.
第3のLDD構造が、前記第1のLDD構造が形成される時、前記チャネル領域における第1の端部の反対側の第2の端部に同時に形成される請求項11に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 The step of injecting the first doping material is performed on the channel region using the gate structure as a mask,
The thin film transistor of claim 11, wherein a third LDD structure is formed simultaneously at a second end of the channel region opposite the first end when the first LDD structure is formed. Production method.
前記第1のドーピング物質を注入する前記工程が、前記スペーサ構造が除去された後に行われる請求項11に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
The gate structure includes a gate electrode and a spacer structure near the electrode;
The method of claim 11, wherein the step of implanting the first doping material is performed after the spacer structure is removed.
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